摘要：针对国家电投集团江西电力有限公司高桥水力发电厂6.3KV电压互感器烧毁现象，进行了原因分析，得出了事故起因为谐振过电压的结论，并简要阐述铁磁谐振的特点、产生机理和主要消除措施，最后根据高桥电站事故实际，选用了抗谐振电压互感器进行更换，有效的避免的事故的再次发生。
关键词：电压互感器；铁磁谐振；消除
高桥水力发电厂6.3KV系统为不接地系统，母线共Ⅰ段，带Ⅰ回出线．采用大连第二互感器厂生产的高压组合开关柜，该设备自投产以来，主体未发生重大缺陷，但保护和测量用的电压互感器发生3台次烧毁，现象为本体炸裂、绝缘物喷出，致使6.3KV系统相关保护计量不能投运，部分自动功能无法实现，给电厂的安全发电运行带来了极大的隐患。烧毁前6.3KV发系统接地信号，同时电气设备有强烈的电晕声。
1 故障原因分析
根据故障现象，经过初步判断，估计是由于下述的几个原因所致。
1.1 产品质量问题
如果由于产品本身绝缘、铁心叠片及绕制工艺不过关等，均可能致使电压互感器发热过量使绝缘长期处于高温下运行，从而导致绝缘加速老化，出现击穿，使电压互感器烧毁。
1.2 电压互感器二次过负荷
如果电压互感器二次过负荷，会使二次侧负载电流的总和超过额定值，造成电压互感器内部绕组发热增加，尤其是在电压高于额定电压情况下，电压互感器内部发热更加严重；再者，该系统属于中性点非有效接地系统，故一次侧电压在运行中容易发生偏斜，当某相出现高电压时，该相电压互感器更加容易发生热膨胀爆裂。
1.3 过电压
如果电压互感器承受高于额定值很高的情况下，会直接导致绝缘介质受热而汽化，体积急速膨胀，而干式电压互感器内部空间有限，当压强增加到一定程度时便发生爆裂。而过电压可分为外部过电压和内部过电压。外部过电压主要是由于雷击引起的。内部过电压通常包括操作过电压和谐振过电压。如当系统内开关操作，电力系统将由一种稳定状态过渡到另一种稳定状态。在此转化过程中由于电力系统内部电磁能量的振荡、互换及重新分布，就可能在某些设备上，甚至在整个电力系统中产生较大的过电压。由于系统变化，使其参数满足共振条件，则可能引起强烈的具有共振性质的振荡，并导致严重的过电压。前者称为操作过电压，后者称为谐振过电压。
根据上述的分析，结合高桥水力发电厂实际运行情况，分析结果表明：首先不存在产品质量问题，该产品为大连第二互感器厂生产，型号为JDZXR-6X。从收集的资料上看，该厂产品业绩良好，在全国广泛应用。其次通过对电压互感器二次负荷进行统计，各级均在额定容量范围内，怀疑由于二次过负荷导致损坏的理由也不成立。因此造成互感器烧毁的原因应为过电压，进一步分析，当时天气并未打雷，系统也无操作，排除外部过电压和操作过电压可能，造成事故的过电压应为谐振过电压。由于当时6.3KV系统有某相经测量对地电阻为零，发生了接地故障，系统电气参数发生变化，产生谐振，导致电压互感器击穿。
2 铁磁谐振的特点及机理
2.1 铁磁谐振的特点
由于PT的非线性特性，电感值不是常数，在交流电源的作用下会发生波形畸变现象，因此回路没有固定的谐振频率。同样的回路中，可以是基波谐振（50HZ工频），高次谐波谐振（如2次，3次，5次谐波），也可以是分次谐波谐振（如1/2，1/3，1/5，2/5次谐波）。
（1）基频谐振
当系统出现基频谐振时三相电压表中数值为两相升高，一相降低，或两相对地电压降低，一相升高；线电压正常；过电流很大，往往导致电压互感器熔丝熔断，严重时甚至会烧坏互感器；过电压不超过3.2倍相电压，伴有接地信号指示，称为虚幻接地现象。
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（2）分频谐振
当10KV中性点不接地系统发生1/2次谐波时，在PT二次侧开口三角处所呈现的电压是相电压中1/2次谐波分量的2倍，当这个分量足够大时，就会使在开口三角处的电压继电器动作，造成单相接地假象。
（3）三次谐波谐振
当系统出现高次谐波谐振时，以三次谐波谐振为例，在PT二次侧开口三角处所呈现的电压是相电压中三次谐波分量的3倍，当这个分量足够大时，就会使接在开口三角处的电压继电器动作，造成单相接地假象。
2.2 中性点位移电压的产生
在正常运行条件下，PT线圈上的电压为电网额定相电压，通过线圈的电流较小，PT铁芯不饱和，其励磁电感为一固定常数，电网三相对地负载是基本平衡的。因此，电网的中性点处在零电位，即不发生位移现象。当电网中出现扰动能使电网对地电压产生不同程度的瞬时升高，使相应相的PT励磁电流突然增大，铁芯饱和，导致线圈的励磁电感相应减少。由于三相铁芯饱和程度不同，相应相线圈的励磁电感就有可能由原来的平衡而变为不平衡。这样，三相对地负荷不平衡，中性点位移电压 显著增加。如果参数配合不当会产生严重的串联铁磁谐振现象。在电感电容元件上的电压及回路电流都将突然地大幅度地跃增。电压互感器初级线圈中性点是直接接地的，而电网的中性点是不接地的，因而，整个电网对地电压的变动表现为电网的中性点位移电压 急剧上升。
3 消除谐振的措施
目前常用的消谐方法有[1-3]：（1）选用励磁作用较好的PT，励磁伏安特性好的电压互感器在一般过电压水平下不足以进入深度饱和区，因而构不成谐振的匹配参数；（2）减少同一网络中并联PT台数，在同一电网中，并联运行的电压互感器台数越多，总的伏安特性会变得越差，总体等值感抗也越小，如电网中电容电流越大，则容易发生铁磁谐振；（3）采用电容式电压互感器，电容式电压互感器由电容分压器和一个较低电压等级的中间电磁式电压互感器2个部分组成，基本能防止谐振；（4）PT高压侧中性点串联单相PT，该方法相当于中性点接入一个高阻抗，其结果使三相电压互感器的等值电感显著增大，从而易实现Xc/XT≤0.01的条件，避免了由于饱和而引起的铁磁谐振；（5）系统中性点经消弧线圈接地，系统中性点经消弧线圈接地相当于在TV每一相励磁电感上并联一个电感，由于消弧线圈的电感值比TV励磁电感小得多，相当于将TV等效零序电感短路，打破了参数匹配关系，使谐振不易产生；（6）PT高压侧中性点串线性电阻，该方法中串入的电阻实际上等价于每相对地串接，也就是在铁磁谐振的串联谐振回路中串入电阻，此电阻可增大系统阻尼，消耗谐振的幅度和能量，但阻值太大会影响系统接地保护系统的灵敏度；（7）PT高压侧中性点接消谐器（LXQ），消谐器由多个非线性电阻串联而成，接在TV一次侧绕组中性点与地之间，利用电阻来阻尼TV铁芯饱和引起的铁磁谐振；（8）PT开口三角绕组接阻尼电阻，该方法使在谐振时开口三角形绕组中产生附加励磁电流，改变TV一次侧的等效电感。可消除各种谐波的谐振，R用于消耗电源供给谐振的能量。
根据高桥水电厂电压互感器烧毁现象的原因分析，电厂最终选用了抗谐振电压互感器进行更换。
4 结论
由于系统运行状态突变等原因，使得系统对地电容或系统电感发生变化，一旦满足并联谐振或串联谐振的条件，就产生铁磁谐振，影响供电系统的可靠运行，甚至损坏电力设备。本文根据产生谐振的原因和三相铁磁谐振现象的机理，选用了抗谐振电压互感器，改善了原三相五柱子式电压互感器地磁路结构，有效消除了分频、工频、高频谐振，避免了过压烧毁和频繁熔断高压保险，更换设备运行至今，目设备运行情况良好，有效的保证了机组正常发电。
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作者简介：
段寅华，男，1986.11—，江西永新人，本科，助理工程师，主要从事水电站机电设备管理。
论文作者:段寅华
论文发表刊物:《电力设备》2019年第15期
论文发表时间:2019/11/22
标签：谐振论文; 过电压论文; 电压互感器论文; 电压论文; 系统论文; 谐波论文; 电感论文; 《电力设备》2019年第15期论文;